虚拟仿真技术建设

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虚拟仿真技术建设范文第1篇

【关键词】虚拟仿真；实训教学；应用方法

虚拟仿真技术在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征，并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。虚拟仿真技术逐渐应用于教育领域当中，形成一种新的教学模式——虚拟仿真教学，即利用实物或计算机创设相应的虚拟环境或工具，并模拟真实事例进行操作、验证、设计、运行等实验、实训的教学方式。

1.背景分析

教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中指出：高职教育“人才培养模式改革的重点是教学过程的实践性、开放性和职业性，实验、实训、实习是三个关键环节”，加强实训、实习基地建设是高职院校改善办学条件、突出办学特色、提高教学质量的重点，高职院校在各个专业教学计划中开设足够的实训实践课程是对上述要求的积极响应。

传统的实训教学过程大多围绕硬件实物，在实验室、实训室或企业车间等场所中实地展开实施，因其直观易感和接近生产实际，向来都是高职实践课程的主流教学方式。然而这种教学方式存在先天不足，投入大、适应性差且难于开放等问题，往往使实践教学进程面临窘境。充分利用计算机技术和现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟实验、虚拟工艺，是许多高职院校寻找行之有效的技术手段来缓解传统实践教学模式所带来的压力的努力方向。虚拟仿真教学技术具有多感知性、沉浸性、交互性、构想性等特点，这些特点有益于教师的实训教学和学生专业技能的训练，为解决高职教育面临的实训难、实习难和就业难等问题开辟了一条新思路，因此迅速发展起来的虚拟仿真技术应用于实验实训教学必然成为高职院校的最佳选择。

2.虚拟仿真技术的比较优势

目前高职院校很多专业，如数控技术、焊接技术、计算机网络技术、应用化工技术等专业都引入了虚拟仿真实训教学方式。虚拟仿真技术非常适合高职院校的人才培养模式，高职教育采用虚拟仿真技术具有必要性、可行性和优越性。虚拟仿真软件在企业中也得到了广泛应用，很多企业都采用虚拟仿真软件进行产品设计，如芯片设计采用的Tanner EDA软件，网络设计采用的OPNET、NS2软件等。因此，学生在学校使用虚拟仿真教学软件所获得的实践技能，同样可以应用到以后的工作之中。

与传统的实物形态实践教学不同，虚拟仿真技术教学是通过计算机软件实现的。与传统实践教学模式相比，采用虚拟仿真技术进行实践课程教学具有明显的技术优势。主要体现在以下几个方面：

2.1 节约教学成本，具有高效性

基于计算机软件的虚拟仿真技术实训教学模式与实物教学模式相比，设备和资金投入少，更新、维护方便。学生在虚拟仿真教学平台上，无需完成实物教学中的许多重复性工作，缩短了学生完成工作任务的时间。同时，针对存在的问题还可进行反复的操作训练，也不用考虑设备的损坏和材料的消耗，极大地节约教学成本，提高了学习效率。从教学资源规划、建设和使用的全过程质量管理角度看，虚拟仿真实践教学模式的综合运行成本远低于传统的实物操作教学模式。

2.2 广泛的适应性和适用性

传统实践课程教学模式的适应性较差，虚拟仿真技术不受课程、学科门类和专业技术领域限制，是一种普遍适用的技术手段，具有广泛的适用性。

（1）通用性、兼容性强

虚拟仿真技术具有极强的教学功能兼容性，适用于从教学设计直到考核测评的实践教学全过程。对于工科实践教学，多数通用型应用软件兼具仿真功能，通常一款软件可以同时支持多门课程的仿真教学，一门课程的教学也可以由多款软件来实现，并且凡能以实物方式展开的实践教学内容，理论上虚拟仿真技术都可以做到。比如电类各专业基础实验、实训项目教学，都能用通用型EDA软件（如Multisim或Protel等）的仿真功能实现，化工类专业实训则可用化工仿真DCS操作系统的单元级、工段级仿真软件实现。

（2）打破时空限制，具有灵活性，易于改进升级

虚拟仿真教学可以摆脱传统现场教学地点固定、时间有限、设备不足和内容难改的局面，学生只要在计算机中安装了虚拟仿真软件，就可以把虚拟仿真教学延伸到教室、宿舍甚至家庭，随时随地的运用虚拟仿真教学软件进行学习和探索，突破了时间和空间的限制，也不受场地等外界条件的限制，使学习变得更加灵活。

虚拟仿真技术的改进和升级在很大程度上就是软件的改进与升级，速度快、风险小，利用网络信息资源能够紧随技术进步，更能切中时需，保证实践教学的动态有效性，也更能彰显出对实践类课程教学的催化作用。

（3）容错功能强

生源不理想、学生基础较差是高职院校中普遍存在的实际问题，学生对一些偏深的理论知识点常常一知半解，实验、实训过程中出现操作失误在所难免。以实物为操作对象的传统实践教学，某些情况下误操作有可能导致教学事故，危及仪器设备甚至是人身安全。基于虚拟仿真技术的实践教学操作对象是计算机软件，教师尽可设置各种正常、故障甚至极端故障状态以便“虚拟”地历练学生，学生也尽可按部就班地执行各种规范操作去“证明”或者尝试误操作去“证伪”，完全没有损坏仪器设备或危及人身安全的顾虑。仿真可以通过参数控制模拟真实设备的机械性能，实时反馈实验结果，检验各种指令的正确性，通过反复练习达到操作练习的目的。

3.虚拟仿真技术在实训教学中的应用

3.1 树立虚实结合的实训教学理念

虚拟仿真实训教学有助于学生理解实训内容，并在一定程度上提高学生的动手能力。不过虚拟仿真实训只是模拟真实的实训教学，实训过程缺少“实物感”，并不能完全代替实物实训。因此，应该认识到虚拟仿真实训与实操实训各有特点，二者优势互补，不可相互取代。如在网络实训教学项目中，用到的网络设备，包括路由器、交换机等种类、型号很多。采用虚拟仿真实训教学软件，学生虽然也能使用到这些设备，但仿真设备与实物还是有一定的区别，到真正的实操实训中可能会无从下手。因此，应该注重将虚拟仿真实训与实物实训结合起来，相得益彰。在进行虚拟仿真实训的基础上，有目的地安排一些实训内容在真实环境中操作，这样学生会对实训的设备有亲身的体会，更能加深实训的印象，提高实训的效果和质量。在实训内容的安排上，可以让低年级学生先进行虚拟仿真实训，在学生完全掌握实训的内容和流程之后，再进行实物实训，这样就能够达到事半功倍的效果。

3.2 根据实训要求建立仿真模型

仿真模型既包括电子装备外观、结构的三维物理模型，也包括揭示其内在工作机理及行为的数学模型。对三维物理模型的建立，主要依据装备本身的物理状态，其原则是在尽量减小面数的同时提高逼真度。对系统数学模型的建立，则需要视系统的复杂程度进行取舍和优化，本着够用为度的原则，尽量减小运算量。建立数学模型时，还应考虑到系统运行时的参数调整。

3.3 创建仿真装备的虚拟场景并驱动

对于虚拟场景的驱动，应根据使用方式的不同，采用不同的方式。如果进行的仅是装备外观、结构的展示，可使用EON进行动作的编辑和驱动；如果需要对装备进行虚拟操作仿真，则使用GLStudio软件先进行操作面板、虚拟仪表的编辑和制作，然后再利用Vega Prime驱动以实现更复杂的交互操作。

3.4 整合教学仿真软件要素、系统集成

系统集成就是将上述做好的模型、场景按照教学软件所需的形式其有机地整合在一起，使之成为一个完整的、规范的教学软件。系统集成可以使用目前常用的软件开发平台（如VB、vc++等）。由于上述虚拟现实驱动软件（如EON、GLStudio及VegaPrime等）均以ActiveX控件方式提供了可用于常用软件开发平台的运行插件，因此，系统集成变得十分方便。编写程序时，只需考虑软件功能的安排，注意程序间的兼容性即可。在进行系统集成时，还需要将系统行为仿真的结果通过视景仿真表现出来，即用行为仿真的数据来驱动三维物理模型的动作。由于系统行为仿真采用了专门的运行平台，与视景仿真处于不同的系统进程中，因此这种驱动是通过两进程间的实时通信（需考虑进程间的同步）来完成的。

4.虚拟仿真实训教学应注意的问题

4.1 注重虚拟仿真系统设计和教学人才队伍的建设

虚拟仿真实训教学系统的建设和发展，离不开高素质高技能人才队伍的支撑。虚拟仿真实训教学系统科学合理设计和有效使用，需要教师在教学理念和教学能力上都达到一定的水平。目前，国内各高职院校都有信息管理中心或者信息类专业，可以此为依托，培养虚拟仿真教学系统的开发队伍。与此同时，可考虑与企业合作进行虚拟仿真实训教学人才队伍的建设，联合培养虚拟仿真教学软件开发和设计人才。

4.2 虚拟仿真实训操作与现场操作的区别

仿真操作是模拟真实的生产装置，再现真实生产过程的一种教学方法。其操作的模拟性和程序化与现场操作的灵活性和不可预见性还有距离。

仿真操作中的参数控制调节反复训练，与实际生产中的参数严格准确控制相违背。这些问题在学生训练过程中一定做出正确的指导和说明，以使学生适应实际的工厂现场操作。

4.3 构建网络化的虚拟仿真实训教学系统

虚拟仿真教学环境能够有效利用网络信息资源，紧随技术进步，保证实训教学的动态有效性。如Flash mx等工具可以实现网上虚拟实训，由于可以在网络上浏览，因此其教学覆盖面较广，是一种具有发展前景的辅助实训教学手段之一。采用信息技术建设远程服务中心，构建网络化的虚拟仿真实训教学系统，推进虚拟仿真实训教学系统的共享，是虚拟仿真教学系统建设的努力方向。

参考文献

[1]教育部.关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见[DB/OL].[2012-12-26].http：///jwzx/jsfw/ShowArticle.asp？ArticleID=1553.

[2]艾伦.贾纳斯泽乌斯基等.教育技术：定义与评析[M].北京：北京大学出版社，2010.

虚拟仿真技术建设范文第2篇

关键词:虚拟仿真技术；机械工程；实验教学

高校工科类专业中,操作实践是教学中重要的组成部分,我国大部分院校都设立了工科类的专业操作实验室,为学生动手能力和创新能力的提高创造条件。在传统的机械工程实验教学中,使用仪器设备的密集程度非常的高,使得实验的复杂程度大大增加。很多仪器设备的价值昂贵,体积结构为实验的操作带来极大不便。学生只能在教材知识的基础上刻板地进行实验的操作,在这种情况下学生的创新能力和主观能动性就不能得到发挥。众多高校在实验室的更新建设中,因为受到资金的限制,会继续使用旧的仪器设备,这些设备在长期的使用过程中出现机能老化,已经不能满足当前机械工程实验教学的需要。在计算机技术不断发展的基础上,虚拟仿真技术的应用成为现在机械工程实验教学中普遍的教学手段。

1机械工程实验室的虚拟实验改进

现在高校实验教学中的问题越来越突出,制约着教学效率和质量,突出体现在很多院校的实验基地和实验单位的建设能力非常有限,不能满足学生自己动手操作要求,不能实现对学生进行基础理论知识深化和了解。很多院校为了节省资金,减少出现实验设备的安全问题等,在进行实验教学的时候,主要是以参观和讲座的形式进行实践培训,学生基本没有实践动手的机会。在这种情况下,就会造成学生毕业后,参加相关工作没有机械设备操作的经验,无法独立完成工作的内容。尤其在是实验教学的过程中,学生会逐渐失去对实验知识的学习动力和兴趣,对学生长远发展造成负面影响。所以在科学技术不断发展的今天,机械工程该实验室教学要转变传统的教学模式,采用先进的科学技术更新教学理念和教学手段,实现实验教学方法和教学的完善。在院校的机械教学中,实验教学是学生进行知识学习和巩固的重要手段,是学生实践操作能力培养的根本方法,是当今院校机械制造专业教学中最为重要的环节,是现代化机械人才培养的基本途径。通过现代化的教学方式可以最大程度提高学生实践动手能力,保证学生在实验动手操作的基础上对基本理论知识进行理解和完善。通过这样的实践实验教学,可以使学生合理将基础知识理论与实践内容相结合,在动手实践过程中逐渐形成独特的自我知识技能认知能力。现在大多数院校利用的是CAD机房,然后在此硬件设施的基础上,实现部分实验室教学方式的改革。并且引进虚拟仿真技术对现有的实验设备进行更新和改进。在机械工程实验室教学中应用虚拟仿真技术,不但可以避免在实验教学过程中出现设备的故障隐患,还能最大程度提高学生的实践动手能力,为学生专业理论知识的学习提供科学实践依据。对实验室部分设备装置进行传动性能实验、数控加工仿真实验和减速器装配实验,最大程度提高了机械工程实验教学的效率和质量。

2虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的典型应用

2.1带传动性能测试实验

带传动性能测试实验是机械工程专业实验室教学中的一个重要组成部分,其主要是让学生能够直观地观察带传动的弹性滑动和打滑现象,还能有效地对实验中的相关机电设备的承载能力进行分析,根据分析的数据参数实现对带动问题的控制。进行传动性能测试实验的时候,需要利用的机械设备有力传感器、电动机、转矩力测杆、光电测速装置、发电机等。这些实验机械设备主要通过人工实现传动性能测试,这样的测试方式主要的特点是人工费用会高于设备使用的费用。在虚拟仿真技术的基础上,进行带传动性能测试系统的设计可以最大程度提升机械工程实验教学效率和教学质量。

2.2数控加工仿真实验

数字加工技术是现代制造业中一个核心的技术,在现代制造业的进步和发展过程中发挥着至关重要的作用。数字加工技术是综合计算机应用技术中的微电子技术和机械加工技术。现在众多院校的机械自动化成为一门重要的专业,这门专业的核心内容是在数控机床的操作中利用数控加工技术。但是数控机床的价格非常高,设备运作形式单一,并且运行程序的设置相当复杂,不能实现对每一位学生实验操作需求的满足,这种复杂性的实验操作,只能满足极少部分学生的需求,严重制约了机械工程实验教学的效率。虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用,可以实现让每一位学生加入到具体的机械工程实验中来,对机械机床加工环境和流程才形成一个系统认知。

2.3减速器装配实验

机械设计的一个基础项目是减速器在机械设备中的使用。在传统的减速器实验教学中,都会利用实物代替减速器的教学方法。虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用,实现了通过实物模拟模型的拆卸,进行减速器的构成结构的直观讲解。

3虚拟实验室建设的构想

在进行虚拟实验室建设思路设计的时候,首先,可以不考虑实验室应用设备的操作性,也就是保证实验室需要操作实践的目标和任务与相关机械工程专业知识系统相统一,然后再研究实验设备的稳定性。其次,要构思虚拟仿真平台的建设,例如：机械操作平台中的仿真器、ECU和虚拟演示平台等。在整个虚拟仿真系统框架的设计中,主要是满足院校机械工程类专业学生实验操作的需要,所以一定要保证虚拟仿真实验结果的精确性,才能确保学生对理论知识的掌握和巩固。一般构建虚拟实验室要进行仿真计算,观察相关系数,观察预先系数与实际操作系统是否统一。再次,仿真器的构建设计,随着计算机软件技术在机械工程实验中的应用,虚拟仿真器代替了原来操作实验中的实物操作,最大程度简化了实验步骤。并且仿真器可以利用USB实现与虚拟演示平台的链接,在实验的过程中可以保证虚拟演示平台及时接收到虚拟实验仿真信号,通过PWM模块实现向ECU传输一定频率的方波,在多媒体上模拟机械设备的工作原理,在虚拟实验进行的时候仿真器利用USB将仿真实验得到的数据传送到模拟演示平台,实现学生实验操作的参数需要。最后,建立虚拟仿真系统,利用相关的计算机应用软件,编辑建立应用模块,结合相关的3Dmax建模工具建立虚拟演示平台中的技术模块,将模块中的内容以特定的文件格式导入虚拟演示平台中,最终让学生在虚拟演示平台中进行相关机械工程实验操作。

4结语

综上所述,虚拟仿真技术在现代院校机械工程专业实验教学中的应用,可以克服传统实验中的众多实验问题,保证学生能够主动参与到实验操作中来,提高机械工程实验教学的质量。所以,院校应该重视对机械工程实验室的虚拟实验改进,以及虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的具体应用手段和方法,对传统的实验教学进行更新和补充。虚拟实验要紧密结合现代科学技术和先进的计算机应用技术,满足机械工程专业学生实验操作要求的同时,适应院校实验室敬爱教学的改革和发展。

参考文献

[1]蔡卫国.虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2011(8)：76-78，82.

[2]张立松,闫相祯,杨秀娟，等.虚拟仿真技术在复杂工程力学问题实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2014(9)：102-105.

[3]王艳丽.分析虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用[J].黑龙江科技信息,2012(33)：187.

虚拟仿真技术建设范文第3篇

教学的应用研究以UG软件为平台，开展UG产品分析模块的实践教学研究，分析与探索产品模型受力、受热后的变形。以模具企业设计岗位的岗位知识、能力、情感要求为课程目标，以模具产品为项目载体，以Moldflow模流分析软件为工具，按工作过程来设计教学活动、组织教学。使学生掌握基本CAE分析方法的基本过程，为将来工作中实际应用提供必要的理论基础。通过模拟塑料的成型过程，可以找出产生这些缺陷的原因，再采取相应的措施来避免。塑料在模具中的成型性能也因模具的浇注系统的设计、塑料的性能、成型的压力和温度不同而不同。通过使用CAE软件分析，有助于让学生懂得如何优化其模具设计，使生产出来的塑件避免出现各种质量缺陷，优化产品设计及选取合适的注塑工艺等。通过模流分析软件的模拟，可以很容易看到是否出现困气问题，然后根据以上改善方法，拟定初步改善方案，用模流分析进行模拟验证，得出模流分析结果，对其进行分析比较，这样就能充分利用模流分析的虚拟模拟仿真，大大节省了试模成本，这就是模流分析之所以能够得到越来越多人认可的原因。

2虚拟现实仿真技术进行虚拟制造实践教学的应用研究

利用虚拟现实仿真技术，了解UGCAM的加工类型和特点；掌握UG软件在铣削加工方面应用知识；熟练掌握UG自动编程的常用命令和基本操作；掌握零件自动编程的一般步骤，并能根据零件特点选择合适的加工方法。在CAM自动编程和数控加工中，运用UG软件的仿真功能对后处理程序进行模拟，用UG数控仿真软件对加工过程进行仿真，检查优化其加工工艺的合理性，有效地提高机床的加工效率和模具加工质量。

3虚拟现实仿真技术进行虚拟装配实践教学的应用研究

在虚拟仿真实训室开展模具虚拟拆装和装配的实践教学研究，包括进行产品装配建模、装配路径与顺序的设计、零件装配过程运动分析等内容。通过虚拟实训室，开展模具结构的拆装实验，模具成型过程的运动仿真，模具知识的索引等实践教学环节的教学研究。对UG软件进行二次开发，开发出模具结构认知与虚拟拆装软件系统，完成典型模具的虚拟装配等实践环节的教学。

4虚拟现实仿真技术在实践教学中拟解决的关键问题

4.1虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，有效地避免了高校实验实训设备不足的影响因素。学生通过虚拟实验项目的学习与训练，减少其真机操作时出现许多失误问题。4.2虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，教师利用虚拟现实仿真技术教学时，与实训室技师经常切磋技艺、探讨操作问题，提高了教师的实践教学水平。4.3虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，改变了学生被动学习的方式，提高了学生学习兴趣、综合实践能力和高职实践课堂教学效果。

5结束语

虚拟仿真技术建设范文第4篇

[关键词]现代信息技术 建筑教学改革

建筑专业课的知识面广、枯燥乏味，具有高度的抽象性，原理及结构复杂。以计算机为核心的多媒体教学方式和互联网资源为建筑专业教学改革提供大好舞台，将现代信息技术整合到建筑专业教学中，可以改变教学资源的形式和内容，扩展教学的空间，更新教学模式，营造一个图文并茂、动静结合、视听并用、模拟仿真的教学情境，激发学生学习兴趣，提高教学质量；利用信息技术开发的虚拟仿真技术开展建筑专业实践教学，不受空间、时间、场地和资金等限制，并且避免了学生在工程现场真实实训可能带来的安全问题，虚拟仿真实训是学生专业实践技能训练的一种有效手段，是对学生在真实环境下实践能力培养的一种有效补充，能较好地解决建筑专业实践教学中存在的问题。

1 运用现代信息技术，研究和开发基于工作过程的教学资源库

为加快我校课程建设与改革的步伐，推动优质教学资源共建共享，建设“随时随地”学习的数字化学习环境，提高办学效益和人才培养质量，我校启动教学资源库建设项目，将优质教学资源利用信息技术进行有效的存储和管理，构建共享型专业教学资源库。

1.1 资源库系统组成。共享型专业教学资源库包括：资源库平台和专业教学资源。资源库平台包括：资源库硬件系统和资源库管理（支撑）系统，专业资源库包括资源建设模块、网络课程模块、资源共享模块和自主学习模块，各模块包含的内容如图1所示。

1.2 资源库建设目标。建筑专业教学资源库的建设是在基于工作过程的课程开发的基础上整合专业优质资源，把岗位职业工作要求细化成教学要求，使教与学的内容贴近职业现场。通过科学系统设计、合作开发管理、持续有序更新的方式，建设一个突出职业特色、资源交互共享、内容丰富立体并可持续发展的专业教学资源库，打造学生、教师、企业和社会共同受益的资源平台。

1.3 资源库建设的内容。资源素材库是建筑工程技术专业资源库的核心，包括建筑材料、建筑结构与构造、建筑测量仪器、施工机具设备、脚手架、施工工艺、工程案例、现行建筑法规与技术标准等内容。素材形式包括文本素材、图片素材、视频素材、动画素材、虚拟素材。文本素材主要收集国家与地方现行的建筑法规、技术标准、岗位能力标准、规程、业务流程、作业规范；收集实际的施工案例、工程造价案例等；图片素材主要包括建筑材料、结构与构造、测量仪器、施工机具设备、脚手架、施工工艺、现行建筑法规与技术标准等十大类资源；视频素材主要包括基础工程施工、主体结构工程施工、屋面施工和装饰装修施工等分部工程的施工录像；动画素材主要包括施工工艺流程、工作原理、工作过程、工艺标准、内部结构等；虚拟素材主要包括使用施工虚拟仿真技术建设虚拟企业、虚拟场景、虚拟设备以及虚拟实训项目等。

2 构建基于现代信息技术的教学模式

2.1 自主探究教学模式。自主探究教学模式分四个阶段：创设情境、揭示课题、明确目标；任务驱动、探索新知、启发引导；协作讨论、深入质疑、探究指导；反思评价、巩固内化、点评提升。具体如图2所示：

3 利用虚拟仿真技术开展实训教学

基于建设项目生命全周期，运用三维可视化控制与数据库技术结合工程实际开发可教学、可操作、可考核的建筑工程仿真实训系统。运用虚拟仿真技术改革当前建筑专业的传统实践教学模式，提高实践教学的效果，促进学生专业技能的培养。仿真实训系统主要由施工技术仿真系统、工程实训考核系统和工程管理仿真系统等三部分组成。按照工程建设的内容和流程，每个仿真系统下面都设有若干个子模块，其中建筑工程仿真实训系统和施工实训场仿真系统的结构图如图3和图4所示。

虚拟仿真技术建设范文第5篇

四、虚拟实验室建设的构想

据教育部“十二五”发展规划，工程实验室将在信息集成技术、虚拟仿真技术和敏捷制造技术等方面寻求重大突破，大力推广和应用虚拟仿真技术。为此，学校机械工程实验中心在现有的软硬件基础上，依托工学院计算机科学和教育技术等专业技术，积极筹划机械工程虚拟实验室的建设。建设虚拟实验、开展网络实验教学，既可丰富学习资源、缓解仪器设备的不足，又能体现个性化的学习环境，改进教学模式，提高教学效果。根据现有实验室的发展和实验项目情况，初步设想虚拟实验室结构如图1所示。主要为机构展示、虚拟仿真和性能测试三个方面，随着实验教学改革的不断深入，实验类型和数量都会逐步增加，最终形成完善的虚拟实验教学体系。

五、结语

从红河学院工学院对虚拟实验的应用情况看，部分虚拟仿真实验在实验教学中应用效果较好，显示了虚拟仿真实验的应用，弥补了仪器设备老化和不足的问题。通过使用该类虚拟实验，可增强学生实验兴趣，降低实验成本，在实验条件不足时，可部分代替实际实验过程。结合计算机技术、网络技术、数据库技术和教育技术等，相信虚拟仿真实验将具有更为广阔的应用前景。

【注 释】

［1］ 蔡卫国.虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用［J］.实验技术与管理,2011.28(8)76-78.

［2］ 郭桂苹,南岳松.虚拟实验教学研究现状及问题分析［J］.实验室科学，2010.13(5)175-178.

［3］ 魏芸.虚拟实验的分析与研究［J］.科技信息，2010(35)5-6.

［4］ 郭德伟,柯建宏.基于Flash ActionScript的机构运动简图测绘实验设计与开发［J］.计算机与数字工程,2012.40(2)105-107.

虚拟仿真技术建设范文第6篇

1建立虚拟仿真实验室的必要性

实验室是现代大学的心脏，是实践创新设想、产生创新思维和培养创新能力的重要场所。21世纪信息化的快速发展使教育发生了重大变革，教育信息化受到了国家的高度重视。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》指出：信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视［2］。教育部印发了《教育信息化十年发展规划（2011—2020）》，要求“利用先进网络和信息技术，整合资源，构建先进、高效、实用的高等教育信息基础设施”，推进“实验教学平台等信息化建设”［3］。虚拟仿真实验室的建设顺应了新常态下高等教育的发展趋势，是高等学校实验教学信息化的最新举措。以华中师范大学为例，近年来，学校坚持“一体两翼，建设高水平大学”的办学思想，大力推进信息化、国际化两项重点改革举措。在数字化建设和网络教育建设的基础上，华中师范大学整合心理、信息、工程等学科资源，依托2010年获批的“青少年网络心理与行为教育部重点实验室”和2012年获批的“国家级心理学实验教学示范中心”，大力推进心理与行为虚拟仿真实验室的建设，并于2014年1月获批建设“国家级心理与行为虚拟仿真实验教学中心”（以下简称“中心”）。该中心旨在贯彻教育部“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”的指导思想，将虚拟仿真技术引入心理学的教学和科研，更好地促进对处于多维信息空间中的个体如何与外部世界进行信息交流的理解和探索，成功模拟、实现了一批在传统实验室中无法做到，或者具有高风险和高成本的心理学实验教学项目，体现了绿色实验教学的理念，有效地拓展了实验的时间和空间，提高了心理学实验教学质量。

2虚拟仿真实验室在心理学实验中的作用

1989年，美国的Wulf教授提出了虚拟仿真实验室概念。虚拟仿真实验室使用虚拟现实（virtualreal－ity，VR）技术，综合了各种计算机技术和网络技术，是现代仿真技术的延伸。它是由计算机模拟真实的环境，参与人员对虚拟环境中的目标进行操控和交流，从而产生与真实环境相同或相近的体验［4］。对于心理学实验来说，虚拟现实技术可以很好地呈现视觉图形，也能呈现听觉刺激，而这两种通道是人获得外部世界信息的主要通道，占人所获得外部信息量的95％，是进行心理学研究的主要领域。VR技术不但可以较好地模拟、再现现实场景，构建某些基于伦理学原因无法通过其他手段使用的实验场景（例如道德两难问题的实验场景），还可以对其所模拟场景中的元素（包括刺激的内容和表象、任务的复杂度和被试的响应等）实施精确、实时、全面的控制与记录。总之，以虚拟现实为代表的虚拟仿真技术在心理学实验教学、研究中具有广泛的应用价值和深远的意义。

2．1突破时空和各种因素的限制

虚拟仿真实验室是基于网络平台的实验室，因此学生可随时随地进行学习和交流，不受时间、空间和实验次数的限制。对于某些传统实验教学中需要数天或更长时间才能观察到的变化过程，虚拟仿真实验室则可在较短的时间内将全部过程及结果模拟、呈现给学生进行观察分析［5］。以虚拟“数字化生理心理实验平台”为例，它的界面设置简洁、选单操作清晰，只需进行点选就能完成高度复杂的虚拟解剖实验操作，获得连续人体断层扫描数据信息（每个断层厚度约1mm），能涵盖人体所有的解剖结构。该系统有助于教师和学生全方位观察人体任一器官的形态、内部结构、在人体中的位置以及断层中的位置，并且可以做任意角度的旋转观察，可方便地用于系统解剖学、局部解剖学、断层解剖学以及运动解剖学等多门课程的教学，摆脱了传统生理解剖实验对实验动物和人体器官模型实物的依赖。此外，通过借助校园高速无线网络，学生在校园各场所（教室、图书馆、宿舍、运动场等）都可以随时随地登录客户端，高速、快捷、互动地开展生理心理实验项目，从而达到突破实验课时空限制，随时随地开展数字化生理、心理实验操作。

2．2创新虚拟仿真实验项目，丰富实验教学内容

实验项目建设是实验教学的灵魂。虚拟仿真实验室在改进、完善传统实验项目的基础上，重点补充了有助于提高学生研究、创新能力和动手能力的创新型虚拟仿真实验项目。中心在实验课程建设方面明确提出：在虚拟仿真实验项目建设中体现虚实结合、相互补充、能实不虚的原则。中心明确要求骨干实验课教师根据自己实验课程的专业特色，将传统实验项目与虚拟现实技术相融合，将每门实验课程安排20％～30％的学时开展虚拟仿真实验教学。在实验内容方面，新增加的虚拟仿真实验项目既包括相关学科最新、最前沿的一些实验，也包括一些利用已有科研成果转化的实验教学内容。通过持续的实验项目建设，实验项目库不断扩大和创新，大大地丰富了实验教学内容，为学生提供了实验的多样性和灵活性［6］。目前，实验项目库中已增加了近30项心理学综合性、创新型实验，例如：“虚拟学习情境中注意多动障碍儿童认知加工特征”、“虚拟现实在社交焦虑症治疗中的应用”、“虚拟现实在恐高症治疗中的应用”、“虚拟创造性问题解决实验”、“虚拟儿童养育系统”、“虚拟情境下执行功能检测和训练”、“虚拟情景中人类空间导航”等实验项目。

2．3模拟高危环境，避免实验风险

利用虚拟仿真实验室可以模拟一些在传统实验室中无法做到的有高度风险、高成本的实验教学项目。以虚拟心理咨询与治疗实验平台为例，通过构建一系列能够使恐高症患者产生恐高心理的模拟实验场景（例如观光电梯、高楼顶层、空中索道、悬崖顶端等），然后让患者反复暴露在这些场景中，利用系统脱敏法减少患者的恐高心理。虚拟仿真治疗中的任何一个恐高症模拟场景，都可以应患者要求随时开始、暂停、中止和结束。这使得虚拟场景治疗方法更安全、也更具有弹性。虚拟仿真实验对真实事物的模拟，使危险系数较真实实验降低很多，学生无需为自己的失误承担后果，给他们带来更多的安全感，满足学生心理安全的需要。

2．4开放性和共享性

虚拟仿真实验打破了传统实验的模式。学生利用课余时间登录网站，输入正确的用户名、密码就可进入虚拟仿真实验室，选择相应的实验项目就可以进行虚拟仿真实验操作。以虚拟现实心理实验平台为例，该平台依托虚拟现实、多媒体呈现、人机交互、数据库和高速网络通信等技术，构建高度仿真的心理与行为虚拟仿真实验环境，让学生在虚拟环境中进行实验，达到教学大纲所要求的教学效果［7］。在实验教学中，教师和学生无需亲历每个真实环境，却能最大化地体验真实环境，开展实验教学和示范应用。中心的虚拟仿真平台还可以帮助尚不具备真实实验条件和心理学应用服务条件的地区，大幅度提高实验教学和心理学应用服务水平，实现心理学实验教学资源的地区平衡和最大化共享。再以“数字化生理心理实验平台”为例，该平台所有教学过程的中间环节都能够以图像方式输出，并支持音频、视频文件导入。因此，教师的教学过程、学生的学习过程以及师生的互动过程都可以通过添加语音、视频标签的方式保留记录。该设计思路旨在方便教师编辑教案和解答学生提出的疑问。教师和学生也可以就虚拟仿真实验教学和学习过程中遇到的问题，在中心教学管理平台的“互动交流”频道开展反馈与交流。

2．5提供多项虚拟心理学实践技能训练项目

华中师范大学是一所具有鲜明的“教师教育”特色的部属重点师范大学，不但重视培养学生较强的基础教育和基础研究能力，也高度重视培养面向社会、面向市场的理论与实践结合的复合型、高技术人才。利用本中心的专业资源优势和虚拟仿真技术，华中师范大学心理与行为虚拟仿真实验教学中心面向校内高年级本科生、研究生，提供了多项以实践技能为导向的大型综合性心理学实训项目。这些大型实训项目，依托当代最前沿的虚拟现实技术，广泛采用网络视频、在线交流、多媒体演示等信息化教育手段，模拟学生在课堂管理、教学技术、心理咨询与治疗等过程中所接触的实践场景与环节。通过数字化教学演示和学生在虚拟实践平台中的反复练习，让学生将心理学理论知识与解决实际问题的实践技能相结合［8］。这种虚拟仿真的实训方式既生动又安全，又可对场景多次重复，有助于培养学生的实践创新能力。

2．6绿色环保，降低成本

传统的实验需要借助于具体实验设备，然而实际使用的一些实验设备昂贵、损耗大、实验成本较高；而虚拟仿真实验室最大的优点是成本低。虚拟设备只是概念上的设备，没有磨损、损坏，可供学生无限次重复使用。另外，由于虚拟仿真实验室设备是由软件虚拟出来的，因此可有效避免大型设备重复购置，在同一计算机中运行不同的实验系统就可构建不同的虚拟仿真实验室，使实验室建设成本降低。此外，虚拟仿真实验室不会出现传统实验室因管理不善造成的仪器损坏、器械丢失等问题，使实验室运行成本降低。虚拟仿真实验室在教学前无须准备各种器械、材料，教学结束也无须进行琐碎的整理工作，维护管理工作量减少，使实验室管理成本降低［9－14］。

3结束语

虚拟仿真技术建设范文第7篇

关键词：虚拟仿真 Proteus 单片机 仿真实验室

中图分类号：G482 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（c）-0231-02

目前，我国大多数的工科高职院校都开展有单片机原理及应用、微机接口技术等实践性较强的专业必修课，此类课程的教学内容包括理论教学和实践教学两大环节。但是，由于此类课程的实验内容对实验仪器设备和实验场地的需求量比较大，因而导致在实践教学环节中面临诸多困难。

虚拟仿真技术是以网络技术、计算机技术和专业知识为依托，以多媒体技术为手段，用一个虚拟的仿真系统来模仿真实系统的技术。它是虚拟仿真技术、计算机技术和专业理论知识等多学科融合的结晶。在实践教学环节引入虚拟仿真技术，具有以下两点优势：（1）采用虚拟仿真技术，不仅可以减少设备购置费，还可以节约实验用地，降低了实验室建设的硬件成本，有利于缓解实验室建设经费紧张的压力;（2）仿真实验的引入突破了实验时间和空间的限制，有利于实验教学的开展和实验设备的利用，进而有利于推进实验教学的改革。

1 基于Proteus的单片机虚拟仿真实验室

1.1 虚拟仿真实验室概念

所谓虚拟仿真实验室就是利用虚拟仿真技术，在计算机网络平台上，利用相关仿真软件学习电子电路、电路分析、单片机应用系统、ARM应用系统等实践课程，并可以开展电子系统设计、仿真、调试等相关实验的实验室。一个计算机网络硬件平台（或一台计算机）、一套电子仿真软件，再加上一本虚拟实验教程，就可相当于一个设备先进的实验室。以虚代实、以软代硬、虚实结合，即为虚拟仿真实验室的本质。

单片机虚拟仿真实验室采用Proteus仿真软件和相应的硬件平台构成一个从虚拟到实际，从软件到硬件，从概念到产品的全过程设计的多功能实验平台。它主要用于电路分析、模拟电路、数字电路、嵌入式系统（单片机应用系统、ARM应用系统）等课程的实验、设计和开发等[4]相关工作。

1.2 Protcues软件平台

Proteus是英国Lab Center Electronics公司出版的一款功能强大的EDA工具软件。该软件提供智能原理图设计系统、PCB设计系统功能以及模拟电路和数字电路与MCU器件混合仿真系统等功能。其不仅可以开展传统的模拟电子线路实验、数字电路实验的仿真工作，而且还可以仿真单片机与嵌入式系统等实验。其适应性强，支持面广，不仅可以仿真传统的51系列、AVR、PIC等常用MCU，而且还提供了大量的电子元件库，可以实现常用设备和元器件的硬件仿真。在编译方面，Proteus还支持keil和MPLAB等多种编译器。

1.3 单片机虚拟仿真实验室系统架构

图1给出了基于Proteus的单片机虚拟仿真实验室的系统架构。该系统以建立在计算机网络平台上Proteus软件平台为基础，构建了整个单片机实验系统的综合实训和创新设计平台。该虚拟仿真实验系统可以完成原理图设计、PCB布线以及单片机编程和系统仿真调试等一系列工作，实现了从概念到产品的整个设计流程，便于学生掌握电子系统或产品的这个开发流程。

2 虚拟仿真实验室的实验方法

传统的单片机实验中，硬件部分大多采用市场上完善的实验电路板或实验箱，学生在实验过程中一般不存在硬件部分的设计。因而，传统的单片机实验基本上是验证性实验，其实验流程可以归纳为“根据原理图连线下载代码并调试运行并检验实验结果是否达到预期”等3大步骤。此类验证性实验缺乏创新性，不利于培养学生的实践能力和创新意识。基于Proteus的单片机虚拟仿真实验室则可以进行硬件电路和软件系统的设计和开发，所有软硬件系统的设计、调试和验证都可以在仿真平台上进行，同时对软硬件系统的设计修改十分简单便捷，节约开发时间的同时降低了开发成本。于此同时，还可以利用传统的实验设备对仿真实验的效果进行验证，基于Proteus的单片机仿真实验系统其实验流程见图2所示。

3 虚拟仿真实验室的教学效果

3.1 节约成本，缓解了实验室的硬件条件限制

随着高校的扩招，学生人数增加与实验室条件不足的矛盾日益突出，尤其是工科专业的实验课程多数具有实验仪器成本高、实验环境要求严格等特点。

3.2 实现课程教学模式的改革

引入Proteus虚拟仿真实验系统后，有利于理论与实践的联系，便于学生对理论知识的理解和掌握，同时也改变了传统的课程教学模式。

3.3 增强学生的实践创新能力

学生利用虚拟仿真实验教学资源参与教师的教学和科研项目，并以课程设计、毕业设计等方式完成课题中的部分任务。通过这些课题的训练，增强了学生的实践能力和创新能力，收到了良好的实践教学效果。

4 结语

构建基于Proteus的单片机虚拟仿真实验室系统，不仅可以缓解实验室建设的资金压力、节约建设成本，更可以帮助学生更好的掌握理论教学知识，加深对概念、原理的理解。学生通过该系统进行基础性实验、综合性实验、创新性实验，加强学生的综合能力的培养和创新能力的培养。此外，引入Protcus虚拟仿真实验，有利于促成课程和教学改革，更有利于具备工程实践能力的应用性人才的培养。

参考文献

[1] 刘萌，郑煊.基于Proteus的单片机虚拟实验室的构建[J].山东教育学院学报，2009，6（4）：12-15.

虚拟仿真技术建设范文第8篇

关键词：信息化；虚拟仿真；教学资源；实践平台

中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2014）21-0045-03

一、引言

根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，国家级虚拟仿真实验教学中心已成为未来高校信息化建设的主要方向。广州大学电工电子实验教学中心（下称“中心”）作为省级示范中心，建有涵盖实验―实习―课外创新的电类公共教学平台体系，是全校共享的电类专业基础实验室、以及实践和创新基地，在信息化建设方面取得了较大进展。

虚拟仿真是电类学科基本的设计开发与教学工具，相关资源是中心信息化建设的重点。长期以来，中心以“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”为指导思想，校企合作研发与共享先进相结合，根据应用创新人才培养目标，紧贴教学需求推进相关资源建设，进行教学改革与创新，虚实结合相互补充[1]，建设了虚拟仿真实验教学中心。

二、教学资源建设

目前中心已投入教学的虚拟仿真资源大体分为四类：设计开发类、教学展示类、Android移动应用、以及开放式网上虚拟实验，实现了实验―实习―课外创新的全平台覆盖[2-4]（如图1）。开设虚拟仿真实验的课程19门，出版教材4本，编写实验讲义15本，中心的实验教学水平实现质的飞跃。

1.构建实验仿真平台，提高综合设计能力

设计开发类仿真软件是电类实验基本的辅助开发工具，起步早，种类多，开设课程多，已投入实验教学的主要有5种，解决了电类学科实验教学部分项目真实实验难以实现、耗材消耗大、设计效率低、设备成本高、尤其是综合设计性实验开展难等问题（如表1）。

2.建设网上虚拟实验室，提高自主学习能力

为了解决课外自学、实验预习及其效果评价、师生互动、数据分析以及教学管理等问题，中心与企业联合开发了开放式网上虚拟实验室，解决了公共基础课的全天候开放式自主学习难题[5]，教研也有了依据，中心教学水平得到质的提高。

学生通过网上虚拟实验平台，利用虚拟元器件与仪器设备搭建电路、调节参数和测量数据，从而进行实验预习与自主实验，不受时空限制，且具智能提示、自动批改、信息、数据收集分析、互动交流、成绩评定、成绩功能，老师更能掌握学生的预习情况，进行教学演示以及互动答疑等操作，帮助老师从重复性劳动中解脱出来多做创造性劳动；历史数据使后期数据挖掘有了依据，增强了讲课针对性，便于不断优化教学，鼓励老师将更多精力投入到教学研究工作中，提高了教学效果。

已用于5门电类基础实验课：电路、模电、数电、高频、电工电子学，受益专业9个。

3.完善实习虚拟平台，提升工程实践能力

电工电子实习是大部分工科专业的工程实训环节，为了解决部分项目成本高、危险、污染、综合训练难等问题[6]，校企合作研发了教学展示类虚拟仿真资源，采用3D技术，给人身临其境的沉浸式体验，辅助实体训练项目，方便学生预习和教学演示，提高实习效果，其沉浸感、交互性和重复性优势可用于解决电类领域传统教学中微观、抽象、污染或高危过程的展示问题（如表2）。

4.打造课外实践虚拟平台，提高创新能力

（1）虚拟仿真促进跨学科协同创新

中心利用教学资源全校共享优势，创建了跨学科实践创新开放平台，采用Arduino+Android开源软硬件集成一体化虚拟开发环境，每年选拔一批大一学生，构建若干光机电算设计等一体化项目组，结合虚拟仿真技术开设了系列培训课程，如智能车硬件设计（Altium Designer）、AVR与智能车（Proteus）、移动物联网设计（Arduino+Android）等，提供先进、热门的智能赛车原型，指导学生进行以任务为导向的创意机器人或飞行器设计，建立了AB班进退机制，培养学生的团队合作精神和科研、动手、交流沟通能力，提高了学生的跨学科应用水平。

（2）虚拟仿真方便赛事选拔

依托中心的创新基地，开设了校级科研竞赛创新班，建设了专门的虚拟仿真室和开放室，虚拟仿真的引入，减少了创新班系列课程对设备和耗材的消耗，更为中心赛事组织和学生选拔工作带来了便利，中心通过赛事门户网站和虚拟仿真软件进行预赛，大量虚拟资源通过网站共享，解决了场地依赖问题，赛事过程更容易控制，减少了耗材和人力消耗，决赛时才用实体作品，解决了大规模竞赛的组织、环境、人力和经费等难题。

三、建设虚拟中心网站，扩大资源共享

中心门户网站是信息化建设和资源共享的窗口（如图2）。中心发挥虚拟仿真类教学资源易于网络共享和维护更新的优势，建设了大量虚拟仿真资源，利用门户网站开展网上虚拟实验、网络课程、开放预约、实验管理、赛事组织、论坛交流和青少年科普，服务我校师生及社会，发挥教学资源的延伸作用，突破了时空的限制[7]。

中心通过网站实现了4门网上虚拟实验课程、24门校级网络课程、9门虚拟仿真课件和7种Android虚拟仿真应用的网络共享，提供了约46GB的网络虚拟仿真学习资源，学生可在线预习实验内容、了解实验过程，试做虚拟实验，提供了智能指导、自动批改和信息查询等特色功能，在课外自主学习的过程中，可与教师通过学习论坛互动交流。目前已有5个学院的12个专业使用这些虚拟仿真资源进行自主学习，年约8000人次。

四、结论

虚拟仿真教学资源是未来教育信息化建设的主要方向，也是高校实验教学示范中心建设的重要内容，围绕电类实践教学的需求，进行了各类虚拟仿真教学资源的建设与网络共享，取得了阶段进展；必须看到，虚拟仿真教学资源的建设是一个不断完善的过程，长期投入较大，除了建设校级公共实践平台提高共享效益，探索校企共建共享持续发展的新道路，将是未来建设国家级虚拟仿真实验教学中心的新课题。

参考文献：

[1]张家港职业教育中心.虚拟仿真技术助推学校信息化建设[J].中国教育信息化，2013（15）：43-43 .

[2]曲伟，邱成军.电工电子实验教学中心实践教学体系建设与实践[J].实验室研究与探索，2010，7（29）：216-218.

[3]李安，周南润，王玉.通信工程国家级特色专业虚拟实验室建设与实践[J].实验室研究与探索，2013，1（23）：150-154.

[4]虚拟仿真技术在电类实验教学中的应用与实践[J].实验技术与管理，2013，7（30）：94-97.

[5]郑炜，齐幼菊.面向成人教育开放式虚拟实验平台的设计与应用[J].现代教育技术，2013，6（23）：116-119.